espectrofotômetro e cabine de luz
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CENTRO TECNOLÓGICO DA ZONA LESTE
FACULDADE DE TECNOLOGIA DA ZONA LESTE
CLAUDEMIR OLIVEIRA MOREIRA
ESPECTROFOTÔMETRO E CABINE DE LUZ: FERRAMENTAS PARA O CONTROLE DE
QUALIDADE DE MASTERBATCHES
São Paulo
2009
CENTRO TECNOLÓGICO DA ZONA LESTE FACULDADE DE TECNOLOGIA DA ZONA LESTE
CLAUDEMIR OLIVEIRA MOREIRA
ESPECTROFOTÔMETRO E CABINE DE LUZ: FERRAMENTAS PARA O CONTROLE DE
QUALIDADE DE MASTERBATCHES
Monografia apresentada no curso de Tecnologia em Produção com ênfase em plásticos na FATEC ZL como requerido parcial para obter o Título de Tecnólogo em Produção com ênfase em Plásticos Orientador: Prof. Lucio César Severiano
São Paulo
2009
CENTRO TECNOLÓGICO DA ZONA LESTE
FACULDADE DE TECNOLOGIA DA ZONA LESTE
CLAUDEMIR OLIVEIRA MOREIRA
ESPECTROFOTÔMETRO E CABINE DE LUZ:
FERRAMENTAS PARA O CONTROLE DE QUALIDADE DE MASTERBATCHES
Monografia apresentada no curso de Tecnologia em Produção com ênfase em Plásticos na FATEC ZL como requerido parcial para obter o Título de Tecnólogo em Produção com ênfase em Plásticos.
COMISSÃO EXAMINADORA ______________________________________
Prof. Lucio César Severiano Faculdade de Tecnologia da Zona Leste
______________________________________
Me. Givanildo Alves dos Santos ITA - Instituto de Tecnologia da Aeronáutica
______________________________________
Eng. Marcelo Augusto Gonçalves Bardi IPEN/CNEN/USP - Instituto de Pesquisas
Energéticas e Nucleares
São Paulo, ____ de________ de 2009.
A Deus, a minha esposa e aos meus amigos e familiares...
companheiros de todas as horas...
AGRADECIMENTOS
Agradeço primeiramente a Deus pelo plano de vida que ele tem para
comigo, pelos caminhos que ele tem me feito trilhar, proporcionando-me conhecer
pessoas maravilhosas que contribuíram para a minha formação pessoal e
profissional.
A minha esposa e família, pela confiança, apoio e motivação.
Aos amigos e professores do Curso, pois juntos trilhamos uma etapa
importante de nossas vidas.
“Se existe uma forma
de fazer melhor, descubra-a.”
Thomas Edison
RESUMO
O masterbatche ou máster é comumente conhecido como um composto
utilizado para a coloração ou aditivação de resinas termoplásticas, sendo constituído
de uma resina veículo, que deverá ser compatível com a resina de aplicação, e
pigmentos ou aditivos, na proporção que dê a proteção necessitada da resina, a
cobertura e cor desejada.
É importante que não haja grandes variações neste produto, ou será
perceptível aos olhos de um observador a diferença entre os produtos fabricados
com lotes diferentes de um máster, fazendo-se necessário um rigoroso controle de
qualidade sobre os mesmos, utilizando-se de ferramentas como o espectrofotômetro
e a cabine de luz, equipamentos para a avaliação das cores, onde profissionais
treinados interpretam os dados da leitura, seja ela visual ou computadorizada,
fazendo as devidas correções se necessárias para se manter uma uniformidade do
masterbatche.
Palavras-chave: masterbatches, espectrofotômetro, cabine de luz, cores e
pigmentos.
ABSTRACT
The Masterbatch is commonly known as a compound used to color or
additive for thermoplastic resins, consisting of a resin vehicle, which should be
compatible with the resin, and pigments or additives, in proportion to result the
necessary protection of resin, the desired coverage and color.
It is important that there are not large variations in this product, or be
perceived in the eyes of an observer the difference between products with different
batches of a masterbatch, making it necessary to a strict quality control on them,
using tools like spectrophotometer and the cabin light, equipment for the evaluation
of color, where trained professionals interpret data from the reading, be it visual or
computerized, making the necessary corrections if necessary to maintain uniformity
of the masterbatch.
Key-words: masterbatches, spectrophotometer, cabin light, colors and pigments.
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Comprimento de onda emitidas pelas cores.............................................28
Tabela 2 – Temperatura de cor aparente..................................................................29
Tabela 3 – Exemplos típicos de valores de temperatura de cor aparente.................30
Tabela 4 – Comparação entre pigmentos orgânicos e inorgânicos ..........................40
Tabela 5 – Distribuição do consumo de pigmentos....................................................43
Tabela 6 – Requisitos de qualidade dos colorantes para alguns polímeros..............46
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 – Interação entre a luz, objeto e observador................................................17
Figura 2 - Tipos de rugosidade utilizados em acabamentos superficiais...................17
Figura 3 – Representação da formação das cores por subtração e adição...............22
Figura 4 – Representação de cor por saturação versus luminosidade......................25
Figura 5 – Espaço das cores......................................................................................25
Figura 6 – Faixa de freqüência de radiação...............................................................26
Figura 7 – Gráfico do espectro de cores emitidas pelos iluminantes: Luz do dia,
fluorescente e incandescente....................................................................................27
Figura 8 – Exemplo de metamerismo.........................................................................32
Figura 9 – Representação da reflexão.......................................................................33
Figura 10 – Representação da refração.....................................................................33
Figura 11 – Representação da transmissão...............................................................34
Figura 12 – Representação da difusão......................................................................35
Figura 13 – Representação da absorção...................................................................35
Figura 14 – Exemplo de gráficos de cores via espectrofotômetro.............................36
Figura 15 – Classificação dos colorantes...................................................................39
Figura 16 - Círculo colorimétrico................................................................................45
Figura 17 – Tipos de concentrados............................................................................49
Figura 18 – Máquina industrial Banbury....................................................................49
Figura 19 – Máquina de laboratório – Drays..............................................................50
Figura 20 – Fluxograma de obtenção de concentrados granulados..........................55
Figura 21 – Fluxograma de obtenção de concentrados em pó (dry blend)................56
Figura 22 – Fluxograma de obtenção de concentrados universais............................56
Figura 23 – Máquina injetora......................................................................................60
Figura 24 – Representação do processo de sopro....................................................60
Figura 25 – Máquina básica para os processos de extrusão.....................................61
Figura 26 – Representação do funcionamento do espectrofotômetro.......................65
Figura 27 – Geometrias de medição d/0 e 0/d, com componente especular incluída e
excluída......................................................................................................................66
Figura 28 – Representação da luz especular.............................................................67
Figura 29 – Geometria de medição 45/0 e 0/45.........................................................67
Figura 30 – Plano geométrico das cores....................................................................68
Figura 31 – Diagrama de cromaticidade....................................................................69
Figura 32 – Sólido colorimétrico do espaço CIElab....................................................69
Figura 33 – Laudo de análise de via espectrofotômetro............................................74
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO ......................................................................................................14
1.1 OBJETIVOS ....................................................................................................15
1.2 METODOLOGIA..............................................................................................15
2. A COR...................................................................................................................16
2.1 Como trabalham os olhos.............................................................................18
2.1.1 Visão diurna/noturna ..............................................................................20
2.1.2 Daltonismo...............................................................................................20
2.2 Cores primárias e secundárias.....................................................................20
2.3 Cores terciárias ..........................................................................................23
2.4 QUALIDADES DA CORES .............................................................................24
2.4.1 Tonalidade ...............................................................................................24
2.4.2 Luminosidade ..........................................................................................24
2.4.3 Saturação ou pureza ...............................................................................24
3. A LUZ....................................................................................................................26
3.2 Metameria .......................................................................................................31
4. APARÊNCIA DA SUPERFÍCIE ............................................................................33
5.0 PIGMENTOS E CORANTES ..............................................................................38
5.1 Características dos colorantes.....................................................................41
5.2 Aspectos colorísticos....................................................................................44
6. 0 MASTERBATCHES ...........................................................................................48
6.1 Etapas do processo de dispersão................................................................53
6.2 Processos de fabricação dos concentrados ...............................................55
7. CONTROLE DE QUALIDADE EM MASTERBATCHES ......................................58
7.1. Cabine de luz.................................................................................................62
7.2 Espectrofotômetro.........................................................................................64
8. ESTUDO DE CASO: ANÁLISE DE LOTES APROVADOS VISUALMENTE VIA
ESPECTROFOTÔMETRO........................................................................................73
9. CONSIDERAÇÕES FINAIS ..................................................................................75
REFERÊNCIAS.........................................................................................................76
14
1. INTRODUÇÃO
As cores aplicadas aos produtos são um forte apelo ao consumo do
cliente. Ela tem por função a estética visual do produto, sinalização, fortalecimento
da marca, além de exercer influências psicológicas sobre o consumidor. Dessa
forma, se dá a importância do controle das variações entre lotes de masterbatches.
Estas variações, além de demonstrar a ineficiência do controle de
qualidade de uma empresa fornecedora de masterbatches, afetam o produto final
podendo ocorrer que, produtos com lotes diferentes quando expostos na prateleira,
sofram variações perceptíveis aos olhos dos consumidores, causando ao mesmo a
desconfiança da qualidade do produto. Isto acontece mesmo que a diferença, muitas
vezes, seja apenas na cor da embalagem e não no produto envazado, por exemplo,
como no caso de frascos.
Vale ressaltar que há variações de cores causadas por outros
motivos além do máster, como por exemplo a utilização de uma temperatura de
processamento acima da especificação do composto de pigmentos ou a resina de
aplicação ser reciclada.
Então se torna relevante a busca por conhecimentos sobre um
produto comumente utilizado na indústria de transformação de materiais plásticos
como os masterbatches, no que ele consiste, suas aplicações, suas vantagens e
desvantagens. Também se mostra prudente o estudo de algumas ferramentas
utilizadas no controle de qualidade, tais como o espectrofotômetro, que é um
aparelho que juntamente com um software de computador realiza leituras e
apresenta graficamente as diferenças entre padrão e amostra, e o método visual,
feito por pessoas especializadas e responsáveis pela leitura, análise das cores e
15
correção para a produção do lote conforme o padrão.
Esta última análise é realizada geralmente dentro de uma cabine de
luz, que consiste em uma caixa com quatro iluminantes, ou seja, lâmpadas que
simulam a luz do dia (D65), luz fluorescente fria (luz de ambientes internos), luz
incandescente e luz de emissão de raios de ultravioleta.
1.1 OBJETIVOS
Este trabalho tem por objetivo apresentar conceitos sobre os
masterbatches, produtos muito utilizados nos diversos ramos de transformação de
materiais plásticos, bem como das ferramentas utilizadas no seu controle de
qualidade: espectrofotômetro e cabine de luz.
1.2 METODOLOGIA
Para realização deste trabalho será utilizada a metodologia de estudo
de caso e ainda a metodologia de pesquisa bibliográfica na internet, em catálogos e
artigos para revisão da literatura do tema proposto.
16
2. A COR
As cores estão presentes em todo o nosso dia a dia e há muito tempo
elas fascinam o ser humano. Desde os nossos antepassados, tentamos reproduzir
as cores da natureza, visto que elas nos transmitem sensações e agimos
instintivamente quando expostos a elas.
Estudos vêm sendo realizados a este respeito proporcionando a
escolha da cor ideal para um produto ou ambiente, segundo VALCAPELLI (2001, p.
11), as cores reúnem em si uma série de sugestões visuais, que despertam as
condições psico-emocionais, contribuindo assim para despertar algum tipo de
sentimento nas pessoas.
Podemos observar que em ambientes como hospitais são utilizadas
cores verdes e azuis claros, que nos dão a sensação de paz e tranqüilidade, já em
ambientes como lanchonetes é forte a presença de cores quentes como o laranja e
o vermelho, nos deixando agitados e estimulando a fome, nos mercados podemos
observar o festival de cores nos produtos, tática muito utilizada em produtos de
menor conhecimento da população, tentando através de cores vivas e chamativas
conquistarem o cliente para o seu consumo.
Hoje compramos o que agrada aos nossos olhos, e especificamente
no setor de plásticos, em vista da complexidade crescente do mercado, a escolha e
desenvolvimento das cores ideais envolvem aspectos mais complexos que os
tradicionalmente considerados, como estética e efeitos psicológicos. (CROMEX,
2005, p. 5)
A obtenção da cor envolve a coordenação de diversos elementos,
tais como utilização da peça, níveis de tolerância, resina utilizada, temperatura de
17
processamento, atoxicidade entre outros. (SENAI MARIO AMATO, 2003a, p. 5)
A cor é o resultado da interação entre o iluminante (1 - fonte de luz),
o objeto iluminado (2) e o observador (3), conforme Figura 1.
Figura 1 – Interação entre a luz, objeto e observador
Fonte: Qmc.ufsc (2009)
A cor será interpretada ou visualizada de forma diferente mudando-se
qualquer um desta interação (luz, objeto, observador), ou seja, a mesma cor não
será enxergada da mesma maneira se mudarmos o tipo de luz que ilumina o objeto
em análise ou se alterarmos o tipo de acabamento do objeto, por exemplo, inserindo
texturas ou um acabamento espelhado. (Figura 2)
Figura 2 - Tipos de rugosidade utilizados em acabamentos superficiais
Fonte: Konica (1998, p. 49)
A rugosidade segundo os autores de SENAI MARIO AMATO (2003b,
p. 132) é o conjunto de irregularidades, isto é, pequenas saliências e reentrâncias
que caracterizam uma superfície.
18
Já a interpretação de uma cor varia significativamente de um
observador para outro, e dependendo de fatores como ângulo, distância, cansaço,
fadiga, experiência de vida do observador, o cérebro proporcionará a ele uma
sensação única, diferente de outra pessoa. (SENAI FRANCISCO MATARAZZO,
2004)
2.1 Como trabalham os olhos
As ondas de luz penetram nos olhos através da córnea que transmite
essas ondas de luz a um ponto (da retina) onde se localiza a fóvea, um ponto de
concentração das células captadoras de estímulos luminosos. Essas ondas são
finamente difusas quando passam através das lentes que se encontram atrás da
córnea. (SENAI FRANCISCO MATARAZZO, 2004, p. 26)
A íris atua como um diafragma que expande ou contrai a pupila,
controlando a quantidade de luz que é permitida entrar no olho. Os bastonetes e os
cones são os últimos a receber cada parte da imagem, os quais transformam a
imagem ótica recebida de energia radiante em impulsos que estimulam milhões de
terminais nervosos.
Os cones da visão são conhecidos como fotópicos ou visores
diurnos. Existem outros receptores de luz, chamados bastonetes, que estão também
presentes dentro do olho, mas não se envolvem na visão das cores. Os bastonetes
servem para dar uma idéia geral do quadro e da fidelidade da paisagem, e são
sensíveis somente quanto à quantidade de ondas de luz que entra no olho. (SENAI
FRANCISCO MATARAZZO, 2004, p. 27)
Vários bastonetes são ligados a um só terminal nervoso, e não tem
capacidade para perceber pequenos detalhes. Os bastonetes são sensíveis à baixos
19
índices de iluminação e permitem ver à noite, sob extremas condições de baixa
iluminação. Entretanto, os objetos que se apresentam com cores brilhantes à luz do
dia, quando vistas pelos cones sensíveis, as cores aparecem somente como formas
descoloridas à luz da lua, porque somente os bastonetes são estimulados. Este
fenômeno é conhecido como visão noturna. (SENAI FRANCISCO MATARAZZO,
2004, p. 27)
O sistema ótico inicia, nesse ponto uma série de impulsos elétricos
que passam através de um grupo de nervos, que está ligado ao nervo ótico. Os
nervos óticos (um para cada olho) combinam e transmitem os impulsos selecionados
para o cérebro que o interpreta, criando-se então a percepção visual. (FARKAS, 20--
, p. 11)
Existem muitas teorias que procuram explicar o fenômeno da visão
das cores. A mais simples é a teoria de três componentes de Young, que admite três
grupos de elementos (receptores) sensíveis à luz conhecidos como cones, de modo
que cada grupo é dirigido à cada uma das cores primárias: um para o espectro
vermelho, um para espectro violeta e um para o verde. (SENAI FRANCISCO
MATARAZZO, 2004, p. 27)
O número de cones em cada olho é de cerca de sete milhões, e
estão localizados basicamente na porção central da retina, num local denominado
fóvea, e são altamente sensíveis a cor. As pessoas podem se deter em pequenos
detalhes porque cada um desses cones está conectado no extremo de seu próprio
nervo. Por fim os músculos controlam os olhos, sempre ajustando o globo ocular até
que a imagem do objeto de nosso interesse esteja em enfoque da fóvea.
20
2.1.1 Visão diurna/noturna
Os olhos não têm a mesma sensibilidade a todos os comprimentos
de onda e, particularmente sob uma luz de baixa intensidade, tomam um tempo
determinado para a percepção do brilho entre diferentes cores. Isto foi descoberto
por Johannes Vom Purkinje, durante um passeio em um fim de tarde, onde ele
observou que as flores azuis se apresentavam mais brilhantes que as vermelhas e
que durante o dia pleno estavam mais brilhantes. Isto hoje é chamado de efeito de
Purkinje, e é particularmente importante em fotometria, ou seja, na medição da luz.
(SENAI FRANCISCO MATARAZZO, 2004, p. 28)
2.1.2 Daltonismo
Há pessoas que possuem determinada dificuldade na identificação
das cores, algumas não identificam o verde e o vermelho, mas vêem perfeitamente o
amarelo e o azul. Este é um tipo de doença que afeta parcial ou totalmente e é
conhecida por Daltonismo.
É um defeito na visão transmitida através de características genéticas
[...] uma pessoa totalmente daltônica, tem total visão das coisas que a cercam, mas
sempre variando dentro da escala dos ‘Cinzas’, da mesma forma que uma pessoa
que está apreciando um programa de TV colorido mas vendo somente em branco e
preto. (SENAI FRANCISCO MATARAZZO, 2004, p. 28)
2.2 Cores primárias e secundárias
A cor nos é perceptível sob duas formas: através da sua formação
com luz e através de partículas (material colorante). E para cada uma delas há uma
21
classificação das cores primárias.
Nas cores formadas com luz, por exemplo, no monitor de
computador, o processo de formação é baseado no sistema RGB, da abreviação das
palavras em inglês, Red (vermelho), Green (verde) e Blue (azul), representadas
pelos valores de X, Y e Z, respectivamente, e conhecidas também como valores
trístimulos. Segundo FARKAS (20--, p. 12) quando uma luz colorida atinge o olho ela
sensibiliza X cones sensíveis ao vermelho (R), Y cones sensíveis ao verde (G) e Z
cones sensíveis ao azul (B), sendo enviada para o cérebro uma mensagem (X,Y,Z).
Estas são consideradas as três cores primárias para este sistema de formação de
cores, onde misturando-as obteremos as seguintes cores secundárias:
Magenta = vermelho + azul
Ciano = verde + azul
Amarelo = vermelho + verde
De acordo com SENAI FRANCISCO MATARAZZO (2004, p. 29)
chamamos as cores da luz de aditivas. Uma cor secundária da luz misturada nas
devidas proporções com sua cor primária oposta, produzirá a luz branca. Por
exemplo, misturando-se luz amarela e azul obteremos luz branca, e assim dizemos
então que a luz azul e a amarela são complementares entre si.
Dessa forma, para este sistema de geração de cores podemos dizer
que a luz branca é a mistura de todas as cores e a escuridão (preto) é a ausência de
luz e cor. (SENAI FRANCISCO MATARAZZO,2004, p. 29)
Para as cores obtidas pela mistura física de pigmentos e tintas, as
cores primárias são: amarelo limão, vermelho magenta e azul ciano, exatamente as
cores secundárias da luz, e são consideradas primárias porque absorveram uma cor
22
primária da luz e refletem ou transmitem as outras duas. (FARKAS, 20--, p. 17)
Elas são tidas como puras, pois não se formam pela mistura das
outras, mas é a partir delas que todas as cores são formadas. De acordo com
FARKAS (20--, p. 17) esta natureza subtrativa dos pigmentos é facilmente
demonstrada utilizando-se três filtros pigmentados com margenta, ciano e amarelo,
sob uma fonte de luz branca disposta na forma da Figura 3.
Como podemos observar na Figura 3 e analisando-se o que foi dito
anteriormente e tomando como base a teoria já apresentada, podemos concluir que
na sobreposição dos filtros surgem como cores secundárias o vermelho, o azul e o
verde.
(a) cores subtrativas (b) cores aditivas Figura 3 – Representação da formação das cores por subtração e adição Fonte: Farina(2006, p. 64)
Para exemplificar o que ocorre para o surgimento destas cores,
vamos aplicar a teoria aos filtros amarelo e magenta iluminados por uma luz branca,
o que resulta em sua sobreposição o vermelho.
Como já discutido, a luz branca emite todos os comprimentos de
onda, e os filtros absorvem os comprimentos de ondas diferentes de sua cor,
deixando passar apenas os comprimentos filtrados. Na nossa análise, a luz amarela
é composta por luz vermelha e verde, sendo estas duas as que passarão pelo filtro
23
amarelo, enquanto que o azul é absorvido pelo filtro. Quando estas duas chegam ao
filtro magenta, que é formado por faixas de vermelho e azul, a luz azul é filtrada e
absorvida pelo processo anterior, não havendo assim faixas deste tipo para serem
transmitida pelo filtro magenta. Então, o comprimento de faixas de ondas verde é
absorvido por este filtro restando somente a faixa vermelha, que é emitida na
intersecção dos filtros amarelo e magenta. Por isso o processo é tido como
subtrativo, tal como também ilustrado na Figura 3 (a).
Nota-se ainda que na intersecção dos três filtros aparece o preto, o
que ocorre porque não há faixas de luz passando por este ponto, sendo que todas
foram filtradas e absorvidas pelos filtros, em outras palavras, há a ausência de luz
neste ponto.
2.3 Cores terciárias
As cores terciárias são todas as cores que não se encaixam nas
descritas no item 2.2 e que podem ser obtidas pela mistura de duas cores primárias
em proporções diferentes, ou seja, uma em maior quantidade do que a outra, ou
misturando as três cores primárias em proporções iguais ou não.
Um laranja, por exemplo, pode ser obtido pela mistura do amarelo
com o vermelho, ou um marrom que pode ser obtido pela mistura das três cores
primárias ou ainda da mistura de amarelo, vermelho e preto. (SENAI FRANCISCO
MATARAZZO, 2004, p. 33)
Quando falamos da cor pigmento, a mistura de três cores primárias
em proporções exatamente iguais obtemos o preto cromático. Portanto, o preto não
é uma cor, mas a mistura de todas elas. (SENAI FRANCISCO MATARAZZO, 2004,
24
p. 34)
Já na mistura da cor luz o resultado seria o branco. Lembrando que
aqui estamos falando sobre a cor pigmento (mistura cromática).
2.4 QUALIDADES DA CORES
2.4.1 Tonalidade
É a grandeza que caracteriza a qualidade da cor ou a cor
propriamente dita permitindo-nos diferenciar as cores. A tonalidade de uma cor está
associada a um certo comprimento de onda do espectro visível. (SENAI
FRANCISCO MATARAZZO, 2004, p. 36)
2.4.2 Luminosidade
Segundo SENAI FRANCISCO MATARAZZO (2004), é a qualidade
que caracteriza o grau de claridade da cor, sendo as mesmas classificadas em
claras ou escuras. A claridade de uma cor está associada à sensação produzida por
uma superfície dessa cor quando iluminada por luz branca de intensidade constante
e depende da refletância (porcentagem da luz refletida) da cor:
Cor escura – sensação intensa
Cor clara – sensação fraca
2.4.3 Saturação ou pureza
Segundo SENAI FRANCISCO MATARAZZO (2004), é a qualidade
que caracteriza a quantidade da cor, indicando a proporção em que ela está
25
misturada com o branco, preto ou cinza. Quando uma cor não está misturada com
outra acromática diz-se que ela é pura ou saturada e caso contrário, pálida ou
acinzentada, que na prática é mais conhecido como limpo ou sujo (Figura 4).
Figura 4 – Representação de cor por saturação versus luminosidade
Fonte: Dbd.puc-rio (2009) A cromaticidade em terceira dimensão é função da distância do eixo
neutro e o ângulo dentro do espaço das cores, ou seja, quanto mais afastado do
eixo neutro, mais saturada será em cor e de mais alta luminosidade (limpo/vivo), e
quanto mais próximo do eixo dos cinzas mais insaturado (mais sujo/apagado), tal
como demonstrado na Figura 5.
Figura 5 – Espaço das cores Fonte Dbd.puc-rio (2009)
26
3. A LUZ
Há uma tendência em pensarmos que os objetos já possuem cores
definidas. Na verdade, a aparência de um objeto é resultado da iluminação incidente
sobre o mesmo. (SCRIBD, 2009)
A luz vem sendo estudada há muitos anos, como por exemplo, o
experimento de Isaac Newton em 1666, com o prisma de cristal e um feixe de luz,
onde conseguiu demonstrar que a luz é policromática. (SENAI FRANCISCO
MATARAZZO, 2004)
Ela é estudada pela física no campo da óptica, estudando todos os
fenômenos da energia radiante, que se propaga através do espaço por meio de
ondas eletromagnéticas. O conjunto destas ondas eletromagnéticas denomina-se
espectro eletromagnético, dividido em uma enorme faixa de freqüências de
radiações, conforme Figura 6. (BONJORNO, 1998, p. 136)
Figura 6 – Faixa de freqüência de radiação Fonte: Farina (2006, p. 59)
27
Dentro deste espectro de radiação, a luz visível captada pelo olho
humano situa-se em uma faixa muito estreita, em torno de 4000 a 7000 Ǻ (angstron),
onde seus comprimentos de onda são menores que os infravermelhos e maiores
que os ultravioletas.
Todos os corpos visíveis são fontes de luz e se classificam em: fonte de luz primária ou corpo luminoso, que são aqueles que emitem luz própria como o Sol, a vela, metal superaquecido, porém o Sol é permanente outros não, e fonte de luz secundária ou corpo iluminado, que são aqueles que refletem a luz de um corpo luminoso, como a Lua que reflete a luz do Sol e os objetos de um ambiente iluminado. (BONJORNO, 1998, p.137)
A luz emitida pelo Sol (luz branca) é formada por várias luzes
monocromáticas, das quais podemos destacar sete cores principais, conforme
também podemos observar no céu com o arco-íris. Este é formado pelos raios do
Sol que atravessam as partículas de água, ocorrendo a dispersão luminosa das
cores em: vermelho, laranja, amarelo, verde, azul, anil e violeta.
O espectro é continuo, isto é, há um degradê entre cada cor.
(TRAMONTANO, 2005, p. 06)
Estas cores visíveis possuem diferentes comprimentos de onda, e
cada fonte de luz emite cores diferentes nas diversas freqüências de onda. A luz
incandescente emite mais comprimento de onda de luz vermelha, enquanto a luz
fluorescente emite todos os comprimentos de onda irregularmente. Já a luz branca
há a emissão de todas as faixas de ondas mais distribuidamente, conforme Figura 7.
Figura 7 – Gráfico do espectro de cores emitidas pelos iluminantes: Luz do dia, fluorescente e incandescente. Fonte: Plenicor (2009)
28
Segundo Bonjorno (1998, p. 167), a cor de um corpo depende da luz
incidente e é determinada pela luz que ele reflete difusamente.
Por exemplo, um corpo iluminado com uma luz branca será verde se
ele absorver todos os outros comprimentos de onda com exceção das ondas da
faixa verde; um corpo será branco se ele refletir todos os comprimentos de onda; e
preto se ele absorver todos os comprimentos. Porém, como foi dito, estes corpos
estão sendo expostos a luz branca e se expormos um objeto verde a uma luz
vermelha o objeto representará ser preto, pois absorve a luz incidente e não há
verde para ele refletir, ou também quando exposto a um iluminante com baixa
emissão de um determinado comprimento a que o objeto reflete, podemos também
ter este fenômeno, ocasionando uma falsa percepção da cor. (FARKAS, 20--)
Então, a sensação de cor é formada quando um conjunto de ondas
atinge um objeto qualquer que absorve determinadas ondas com determinados
comprimentos e reflete outras, sendo que as ondas refletidas causam o efeito da cor.
A Tabela 1 mostra os comprimentos de onda e suas cores características.
Tabela 1 – Comprimento de onda emitidas pelas cores
TONALIDADE COMPRIMENTO DE ONDA
APROXIMADO (nm)∗
COMPRIMENTO DE ONDA APROXIMADO (Ǻ)**
Violeta e Azul 380 – 480 4300 - 4850
Verde 480 – 560 5000
Amarelo 560 – 590 5850
Laranja 590 – 630 6100
Vermelho 630 – 760 7000
Fonte: Senai Mario Amato (2003a, p. 06) _____________ ∗ Nanômetro nm = 10-9 m
** Ângstron Ǻ = 10-10 m
29
3.1 Temperatura de cor
Em aspecto visual, admite-se que é bastante difícil a avaliação
comparativa entre a sensação de tonalidade de cor de diferentes lâmpadas. Para
estipular um parâmetro, foi definido o critério temperatura de cor (Kelvin) para
classificar a luz. (SCRIBD, 2009) As temperaturas das cores são expressas em
valores absolutos da escala Kelvin.
Em 1900, Max Planck estudou a relação entre objeto e o seu
aquecimento, elaborando a teoria do corpo negro.
Um corpo negro é definido como aquele que absorve toda e qualquer
radiação incidente sobre ele. Essa lei é utilizada para designar a temperatura relativa
da cor de qualquer objeto aquecido. (SENAI FRANCISCO MATARAZZO, 2004, p.
12),
Assim tomando como base o corpo negro à temperatura ambiente e
aquecendo-o, temos a temperatura de cor aparente conforme demonstrado na
Tabela 2 abaixo.
Tabela 2 – Temperatura de cor aparente
Cor Temperatura (K)
Negro Temperatura ambiente (298)
Vermelho 800
Branco 5000
Azul pálido 8000
Azul Brilhante 60000 Fonte: Senai Francisco Matarazzo (2004, p. 12)
Os objetos poderão emitir cor se submetidos a um aquecimento
suficiente, e esta é alterada aumentando-se a temperatura. Por exemplo: uma barra
de ferro submetida a um aquecimento aparecerá vermelha em um primeiro instante.
30
Porém aumentando-se a temperatura, ela ganhará um tom alaranjado e continuando
a aquecer, passará para branco. Alcançando seu limite de aquecimento, assumirá
um tom de branco azulado.
Semelhante a barra de ferro, o filamento de tungstênio, em lâmpadas
incandescentes, emite certa quantidade de luminosidade e sua cor varia conforme a
corrente que passa pelo filamento. Lâmpadas deste tipo trabalham a uma
temperatura de cor na faixa de 2000 a 3400 K, dependendo do ambiente e
iluminação necessária. (SENAI FRANCISCO MATARAZZO, 2004, p. 13)
A designação temperatura de cor deveria ser aplicada somente a
lâmpadas incandescentes, devido a mudança na cor do filamento conforme o seu
aquecimento, entretanto de acordo com SENAI FRANCISCO MATARAZZO (2004, p.
13) o termo ‘temperatura de cor aparente’ é normalmente utilizado para especificar o
grau de brancura de outras fontes de luz como as fluorescentes, tipo de luz do céu,
as de vapor de mercúrio, etc. Alguns exemplos de temperaturas de cor para alguns
iluminantes são apresentados na Tabela 3.
Tabela 3 – Exemplos típicos de valores de temperatura de cor aparente
Fontes de luz artificiais K Fontes de luz naturais K
Fontes fluorescentes (branca quente) 3000 Luz do dia ao amanhecer 1800
Fluorescente (branca) 3500 Luz do céu plano
(uniformemente nublado)
6500
Fontes fluorescentes (branca fria) 4200 Luz do dia ao entardecer 5000
Fluorescente (luz do dia) 7000 Céu extremamente azul e
claro a Noroeste
25000
Fonte: Senai Francisco Matarazzo (2004, p. 13)
Convém ressaltar que, do ponto de vista psicológico, quando
dizemos que um sistema de iluminação apresenta luz quente, não significa que a luz
apresenta maior temperatura de cor, mais sim que a luz apresenta uma tonalidade
31
mais amarelada. (SCRIBD, 2009)
Um exemplo deste tipo de iluminação é a utilizada em salas de estar,
quartos ou locais onde se deseja tornar um ambiente mais aconchegante. Da
mesma forma, quanto mais alta for a temperatura de cor, mais fria será a luz. Um
exemplo deste tipo de iluminação é a utilizada em escritórios, cozinhas ou locais em
que se deseja estimular ou realizar alguma atividade. Esta característica é muito
importante na escolha de uma lâmpada, pois dependendo do tipo de ambiente há
uma temperatura de cor mais adequada para esta aplicação. (SCRIBD, 2009)
A Comissão Internacional de Iluminação (C.I.E), com sede na França,
é o órgão que regulamenta o setor de iluminação e classifica os diversos tipos de
lâmpadas do mercado. De acordo com a organização apesar de duas lâmpadas
receberem a mesma classificação, elas podem emitir um espectro de luz diferente.
3.2 Metameria
Metameria é o fenômeno pelos quais duas cores, padrão e amostra,
aparentam ser iguais visualmente sob um determinado iluminante, mas se tornam
diferentes quando as observamos sob outro iluminante. Este fenômeno está
relacionado intimamente a composição cromática das cores avaliadas, ou seja,
composição de pigmentos e/ou corantes, se estas composições não apresentarem
as mesmas características espectrais, principalmente em termos de reemissão
relativa. (SENAI FRANCISCO MATARAZZO, 2004, p. 39)
Um colorista, profissional que atua no desenvolvimento de cores para
diversas aplicações como tintas, plásticos e impressão, sabe que é possível alcançar
uma determinada tonalidade mediante a combinações de colorantes totalmente
32
divergentes. Se não fosse assim, também não seria possível imitar padrões de cor,
cujas receitas não fossem conhecidas, partindo do fato que combinações
divergentes de colorantes geralmente apresentam curvas de reemissão divergentes,
mesmo que a tonalidade resultante seja igual.
Com curvas de reemissão totalmente divergentes, podemos obter os
mesmos valores trístimulos X, Y, Z e com isso tonalidades idênticas em
determinados iluminantes, ou seja, mesmo sendo divergentes podem ser obtidas a
mesma soma de valor cromático sobre todo o espectro visível.
Cores que apresentam curvas de refletância divergentes, mas que
tem valores trístimulos próximos são chamados cores metaméricas (Figura 8).
Ainda, cores com curvas de refletância idênticas, em comparação com o padrão, são
consideradas cores não metaméricas.
Figura 8 – Exemplo de metamerismo
Fonte: Konica (1998, p. 43)
33
4. APARÊNCIA DA SUPERFÍCIE
A cor é um aspecto da aparência; assim tomando um concentrado
de cor padrão e aplicando-o em corpos de prova com texturas e acabamentos
diferentes, ao compararmos estes corpos de prova, teremos a impressão de que são
cores diferentes, porém o que ocorre é que quando um feixe de luz encontra uma
superfície, este constitui-se um meio de propagação da luz, mudando o aspecto de
emissão da luz e da cor em cada uma das superfícies.
Segundo Bonjorno (1998, p.138), as substâncias ou meios
encontrados na natureza se comportam de diferentes maneiras em relação à
propagação da luz, e na interface do feixe de luz com a superfície ocorrem
simultaneamente os seguintes fenômenos:
- Reflexão: ocorre quando a superfície de separação é bastante lisa,
polida e opaca à luz. Os raios que incidem à superfície mudam de direção,
retornando para o mesmo meio, conforme Figura 9. (SENAI FRANCISCO
MATARAZZO, 2004, p. 17)
Figura 9 – Representação da reflexão
Fonte: Senai Francisco Matarazzo (2004, p.17)
- Refração: ocorre quando a luz atravessa um meio transparente. O
raio incide mudando de direção, como demonstrado na Figura 10.
Figura 10 – Representação da refração
Fonte: Senai Francisco Matarazzo (2004, p. 17)
34
Índice de refração de uma substância é a razão entre a velocidade da radiação eletromagnética no vácuo (3 X 1010 cm/s) e a velocidade em um dado meio. O que se determina é a diminuição da velocidade da luz quando passa do vácuo para um meio transparente e oticamente isotrópico. O índice de refração está relacionado ao desvio que ocorre quando o raio de luz passa em um ângulo inclinado de um meio para outro; é definido pela razão entre os senos dos ângulos de incidência e de refração. (MANO, 2003, p. 32)
- Transmissão: a luz atravessa o material praticamente sem
alteração. A luz é transmitida através do material que descrevemos como
transparente. Conforme se acrescenta algum concentrado de cor, este interferirá na
transmissão e parte da luz será transmitida e parte é absorvida, conforme Figura 11.
Figura 11 – Representação da transmissão
Fonte: Senai Francisco Matarazzo (2004, p. 18)
Segundo BONJORNO (1998, p.138), meio transparente é aquele que
permite a propagação da luz através de si por distâncias consideráveis, isto é,
permite a visualização nítida dos objetos através dele. Como por exemplo, podemos
citar o ar, o vidro, a água etc.
Há alguns termoplásticos que podem ser considerados meios
transparentes, igualando-se ao vidro e em alguns casos até o substituindo, neste
caso são classificados como polímeros amorfos.
Segundo MICHAELI (2005), os termoplásticos amorfos, como o
policarbonato (PC), polimetilmetacrilato ou acrílico como é comumente conhecido
(PMMA), policloreto de vinila (PVC), não se diferenciam consideravelmente em sua
transparência dos vidros.
Segundo BONJORNO (1998, p.139), meio translúcido é aquele que
35
permite a propagação da luz através de si, mas a espalha, de modo que os objetos
vistos através dele não podem ser identificados, isto é, não permite a visualização
nítida. Por exemplo: vidro fosco, papel de seda, etc.
- Difusão: ocorre quando a superfície de separação não é totalmente
lisa ou polida. Os raios incidentes retornam em direções quaisquer. A difusão é
responsável pela visão dos objetos que nos cercam, como representado na Figura
12. (SENAI FRANCISCO MATARAZZO, 2004, p. 18)
Figura 12 – Representação da difusão
Fonte: Senai Francisco Matarazzo (2004, p. 18)
Absorção; ocorre quando a luz incide sobre a superfície de
separação e não retorna ao meio e nem se propaga no meio, ela é absorvida na
superfície, como representado na Figura 13. Como a luz é uma forma de energia,
isto acarreta um aquecimento da superfície. A intensidade destes fenômenos
depende das propriedades dos meios e da superfície. (SENAI FRANCISCO
MATARAZZO, 2004, p. 18)
Figura 13 – Representação da absorção
Fonte: Senai Francisco Matarazzo (2004, p. 18)
Segundo BONJORNO (1998, p.139) meio opaco é aquele que
impede a propagação da luz através de si, não permitindo a visualização dos
objetos. Por exemplo: madeira, concreto etc.”
36
Com relação à luz incidente em um objeto, parte é absorvida pela
superfície e parte é refletida para todas as direções. Geralmente, quanto mais clara
for a amostra, menor será a absorção e maior será a luz refletida, nos dando a
sensação de clareza na amostra. Já se a amostra apresentar-se intensa com menor
luminosidade, maior será a absorção de luz e consequentemente uma reflexão muito
baixa.
Através do espectrofotômetro podemos medir a quantidade de luz
refletida pelo objeto, em relação a quantidade de luz incidente, para todos os
comprimentos de ondas que sejam de interesse (faixa espectral visível 400 nm a 700
nm).Os valores encontrados são chamados de reflexão espectral.
O espectrofotômetro transforma estes dados em um gráfico
percentual de reflexão, nos dando uma curva de reflexão e através dela podemos
definir a cor de uma amostra, conforme Figura 14. Supondo-se que uma amostra
reflita totalmente a luz incidente, a respectiva curva de reflexão seria uma reta
horizontal a 100% e a amostra representaria um branco ideal, mas se absorvesse
toda a luz incidente em seus diversos comprimentos de onda, resultaria em uma reta
horizontal a 0% de reflexão, representando um preto ideal.
Figura 14 – Exemplo de gráficos de cores via espectrofotômetro
Fonte: Dbd.puc-rio (2009)
37
Observe a faixa do espectro visível da Figura 14 e compare com os
gráficos apresentados, no caso da cor verde, por exemplo, o pico do gráfico
corresponde exatamente com a posição do verde na faixa do espectro.
O preto como podemos observar no gráfico da Figura 14, apresenta
uma pequena reflexão, fugindo da teoria apresentada para o preto ideal. Esta
variação pode ser fruto da interferência do meio de aplicação, devido a uma gama
muito grande de tipos de resinas termoplásticas, cada uma com suas características
e propriedades intrínsecas.
Uma resina de ABS, (mistura ou blenda de três polímeros,
acrilonitrila, butadieno e estireno). RABELLO (2000, p. 223) possui uma cor
amarelada característica, diferente de uma resina de polipropileno (PP), que
apresenta uma cor leitosa como a parafina. Estas diferenças de cor das resinas,
farão com que o mesmo composto usado para o tingimento, sendo aplicado nas
duas e realizando uma leitura de espectrofotômetro para a obtenção do gráfico das
mesmas, o gráfico incorporará a cor da resina a do composto, causando uma
diferença entre os dois gráficos.
38
5.0 PIGMENTOS E CORANTES
Os materiais plásticos, em geral, não apresentam um aspecto muito
atraente ao consumidor, fazendo-se necessário o tingimento dos mesmos através
dos colorantes, que são os pigmentos ou os corantes. Segundo RABELLO (2000, p.
143), são aditivos utilizados para conferir tonalidades de cor aos materiais
poliméricos.
Os primeiros pigmentos sintéticos surgiram no século XVIII, mas
apenas no século XIX é que surgiram as primeiras fábricas para a produção em
escala industrial, com aplicações principalmente na indústria têxtil. A utilização de
pigmentos em polímeros coincide com o surgimento destes, a partir das resinas
fenólicas, no início do século passado. (RABELLO, 2000, p. 143)
Os pigmentos e corantes são internacionalmente identificados por
meio de um sistema de catalogação e numeração denominado Colour Index,
normalmente abreviado como C.I. Por exemplo, a ftalocianina de cobre (β), pigmento
azul de amplo uso, é identificado como Pigment Blue C.I. 15:3. (BRASKEM, 2006, p.
126)
As substâncias colorantes podem ser classificadas em duas
categorias: os corantes e os pigmentos, estes por sua vez divide-se em mais duas
categorias, orgânicos e inorgânicos, conforme representado na Figura 15.
39
Figura 15 – Classificação dos colorantes
Fonte: Senai Mario Amato (2003a, p. 07)
Para a classificação como corante ou pigmento, leva-se em conta as
características de solubilidade do colorante. Conforme BRASKEM (2006, p. 125),
pigmentos e corantes são distinguidos primariamente pela solubilidade no meio de
aplicação. Pigmentos são insolúveis no polímero, enquanto os corantes são
completamente solubilizados quando misturados ao polímero fundido.
Os pigmentos podem ser classificados como:
Orgânicos: possuem bom poder tintorial, alto brilho, boa
transparência, variável solidez a luz e ao calor; (SENAI MARIO AMATO, 2003a, p.
08)
Inorgânicos: Boa opacidade ou cobertura, pouco brilho, boa solidez
a luz e variável solidez ao calor; (SENAI MARIO AMATO, 2003a, p. 08)
Especiais: consistem de uma mistura de pigmentos visando efeitos
como fluorescência, aspecto metálico, efeito perolizado ou perolado, etc. (SENAI
MARIO AMATO, 2003a, p. 08)
Os corantes segundo a CROMEX (2005, p. 08) são colorantes
orgânicos solúveis no meio de aplicação. Possuem baixo índice de refração, elevado
poder tintorial, variável solidez à luz e a temperatura e alto brilho.
40
Os pigmentos são colorantes insolúveis. Possuem alto índice de
refração e não são afetados química ou fisicamente pelo meio de aplicação. (SENAI
MARIO AMATO, 2003a, p. 07)
Além de conferir cor, os pigmentos podem aumentar o brilho, aumentar a opacidade ou ter outros efeitos aditivos como, por exemplo, estabilidade à radiação ultravioleta. Este último é o caso do negro de fumo, que atua simultaneamente como pigmento preto, estabilizante de luz e reforço em muitos polímeros. (RABELLO, 2000, p. 144)
O negro de fumo é basicamente um pó de cor preta que é usado
como pigmento em termoplásticos e como agente de reforço em borracha
vulcanizada. (BRASKEM, 2006)
Apresenta-se na Tabela 4 um comparativo entre os pigmentos
orgânicos e inorgânicos
Tabela 4 – Comparação entre pigmentos orgânicos e inorgânicos Critério Inorgânico Orgânico
Custo baixo elevado
Propriedades óticas opaco translúcido
Dispersabilidade fácil difícil
Estabilidade à luz e ao calor excelente limitada
Brilho fosco brilhoso
Poder de recobrimento fraco forte
Tendência à migração reduzida elevada Fonte: Rabello (2000, p. 144)
Os colorantes na forma pura apresentam-se normalmente na forma
de pó fino, sendo os corantes e os pigmentos orgânicos mais leves que os
pigmentos inorgânicos, possuindo características intrínsecas, tais como solubilidade
e tamanho de partículas, que influenciam diretamente a cor.
41
5.1 Características dos colorantes
- Poder tintorial: é a propriedade de um colorante conferir mais ou
menos cor a um substrato. Esta é uma característica própria de cada tipo de
pigmento/corante. (Cromex, 2005, p. 23)
Os colorantes utilizados na formulação dos concentrados, bem como
o grau de dispersão dos mesmos, interferirá diretamente no seu poder tintorial.
Normalmente os corantes possuem poder tintorial superior aos pigmentos orgânicos
e estes são mais intensos que os pigmentos inorgânicos.
- Poder de cobertura: é a capacidade de um colorante não deixar
transmitir a luz através de um determinado meio onde é aplicado. Isto significa que,
quanto maior for a quantidade de luz que atravessa uma peça, menor é o poder de
cobertura dos colorantes que a tingiram. A cobertura está diretamente associada
com o espalhamento de luz, sendo esta controlada pelo tamanho e forma das
partículas de pigmento e pela diferença de índice de refração entre o pigmento e o
meio. Normalmente, os pigmentos inorgânicos possuem elevado poder de cobertura
(são opacos devido ao alto índice de refração), enquanto os corantes são
praticamente transparentes. (SENAI MARIO AMATO, 2003a, P. 17)
- Atoxicidade: especialmente importante quando se trata da
coloração de embalagens e outros produtos que tenham potencialmente contato
com alimentos ou produtos farmacêuticos, além de brinquedos e produtos infantis.
Para essas condições de utilização exige-se a característica de atoxicidade. (SENAI
MARIO AMATO, 2003a, P. 18)
Neste caso, os colorantes/aditivos utilizados na formulação do
concentrado devem ser atóxicos, o que limita o número de opções de matéria-prima
possíveis e torna o produto final mais caro.
42
São considerados tóxicos colorantes à base de metais pesados
como, cádmio, chumbo, cromo etc. Existem testes capazes de detectar esses
elementos no concentrado ou produto final, como as técnicas de infravermelho e
espectroscopia a raio X.
Ainda as altas temperaturas e taxas de cisalhamento envolvida na
mistura e no processamento de polímeros podem provocar alterações nos
pigmentos, modificando suas características geradoras de cor. (SENAI MARIO
AMATO, 2003a, p. 12)
A resistência térmica é determinada pela temperatura mais alta a que
um colorante ou concentrado pode ser exposto por cinco minutos, no cilindro de uma
injetora, sem mudança significativa da cor.
Os pigmentos inorgânicos são os mais estáveis podendo resistir
entre 300° a 1000°C, como por exemplo, os pigmentos de cádmio. Os pigmentos
orgânicos com exceção do negro de fumo e alguns de aplicações especiais,
resistem por poucos minutos a temperatura de 200°C. Esta exposição por tempo
prolongado pode levar a alteração de cor, ocorrendo a decomposição térmica do
pigmento, o escurecimento do mesmo ou a sublimação, que é a vaporização do
colorante, ocorre geralmente com corantes. (SENAI MARIO AMATO, 2003a, p. 12)
Se ocorrer a decomposição do pigmento durante o processamento,
os radicais livres gerados podem acelerar a degradação do polímero-base,
resultando em redução nas propriedades mecânicas. (SENAI MARIO AMATO,
2003a, p. 12)
“A solidez ao calor do concentrado nem sempre pode ser determinada pela solidez do pigmento menos resistente, uma vez que a mistura de colorantes, ou grande diferença de concentração entre eles, pode causar efeitos antagônicos, isto é, um deles pode diminuir as propriedades dos outros. Por essa razão, todo concentrado desenvolvido deve ter sua própria resistência térmica medida.” (CROMEX, 2005, p. 24)
43
As aplicações em ambientes sujeitos à luz/intempéries exigem o uso
de concentrados com colorantes/aditivos de alta estabilidade a esses fatores, ainda
sob o risco de acontecerem variações sensíveis de tonalidade.
O Teste de solidez à luz de plásticos coloridos é um processo
demorado, que pode levar dois anos ou mais. Existem equipamentos de
envelhecimento acelerado que podem ser utilizados tais como Xenotest, Fade-O-
Meter ou o Weather-O-Meter.
Para a escolha dos pigmentos a serem utilizados, a norma DIN
53388 especifica uma escala de solidez à luz para colorantes, variando de 1 a 8
onde 1 é resistência muito baixa e 8 excepcional. Nos casos mais críticos, é
necessário também levar em consideração a degradação da resina a ser tingida,
além da seleção de colorantes com alta solidez à luz (7/8), é necessário também a
aditivação da resina com aditivos anti- UV.
A Tabela 5 ilustra os principais tipos de pigmentos utilizados no
mercado e os percentuais de consumo.
A terminologia empregada em muitos tipos (como ‘amarelo de cromo’) é simplificada, referindo-se ao metal base e à cor obtida, para se evitar termos mais complicados. Informações detalhadas sobre propriedades físicas e químicas dos diversos tipos, índice de cor (colour index) e aplicabilidade devem ser obtidas na literatura especializada, como em Damm & Herrmann (1995) e Radian Corporation (1987), além de catálogos de fabricantes. (RABELLO, 2000, p. 145)
Tabela 5 – Distribuição do consumo de pigmentos
Tipo Percentual de Consumo
Pigmentos inorgânicos 75,2
Dióxido de titânio 68,2
Óxido de ferro 2,4
Compostos de cádmio 1,4
Amarelo de cromo 1,4
44
Laranja de molibdato 1,0
Outros 0,8
Pigmentos orgânicos 23,1
Negro de fumo 19,8
Azul de ftalocianina 1,1
Vermelhos orgânicos 1,0
Verde de ftalocianina 0.6
Outros 0,6
Pigmentos solúveis 1,7 Fonte: Rabello (2000, p. 145)
5.2 Aspectos colorísticos
Para o desenvolvimento de uma determinada cor, deve-se
primeiramente selecionar o colorante adequado para a confecção da mesma. Cada
colorante possui um tom principal e um secundário ou sub-tom. Assim, imaginemos
o círculo colorimétrico como um relógio Figura 16, onde o ponteiro indica a cor do
colorante, se o ponteiro estiver sobre a casa do amarelo ele poderá estar em uma
posição mais alaranjada ou mais esverdeada, temos então:
- Colorantes amarelo com sub-tom avermelhado ou esverdeado;
- Colorantes vermelho com sub-tom amarelado ou azulado;
- Colorantes azul com sub-tom avermelhado ou esverdeado;
- Colorantes verde com sub-tom amarelado ou azulado.
45
Figura 16 - Círculo colorimétrico
Fonte: Farina (2006, p.69)
O colorista, quando pretende reproduzir uma determinada cor, leva
em consideração as especificações do projeto, como exposição ao tempo,
temperatura, atoxicidade entre outros, e seleciona entre a gama de pigmentos o
mais adequado para a confecção da cor.
Os efeitos produzidos pelos pigmentos dependem da forma de fabricação dos mesmos. Pigmentos de uma mesma constituição química podem ter grandes diferenças se possuem formas cristalinas diferentes, estados de oxidação diferentes, etc. A atuação dos pigmentos também pode ser alterada por modificações superficiais visando facilidade de dispersão, melhoria na resistência à luz etc. (SENAI MARIO AMATO, 2003a, p. 09)
A escolha baseada apenas na cor, poder de recobrimento e
transparência/opacidade pode ser muito problemático. A Tabela 6 mostra os critérios
de escolha de pigmentos para diversos polímeros comerciais.
46
Tabela 6 – Requisitos de qualidade dos colorantes para alguns polímeros
Polímero Requisitos do colorante
ABS Estabilidade térmica; resistência a luz;
boa dispersabilidade.
Poliacetal Alta pureza; estabilidade térmica.
Acrílicos Moderada estabilidade térmica;
resistência a luz e ao intemperismo;
resistência a oxidação durante a
polimerização.
Fluorados Excelente estabilidade ao calor, a ácidos
e álcalis; os pigmentos orgânicos não
são recomendados.
Poliamidas Excelente estabilidade ao calor; boa
dispersabilidade; dos orgânicos apenas
os ftalatos podem ser empregados.
Polietileno Resistência a luz e a migração;
pigmentos de zinco e manganês não são
recomendados, pois aceleram o
processo de oxidação.
PVC Boa resistência a luz e migração; a
maioria dos orgânicos e inorgânicos são
adequados, exceto os sensíveis a
condições ácidas.
Poliéster termofixo Resistência aos inibidores
(hidroquinonas); resistência aos agentes
de reticulação (peróxidos).
Fonte: Rabello (2000 p. 148)
Na escolha do colorante deve-se levar em consideração também
aspectos como a abrasão causada pelas partículas de colorantes e cargas nos
equipamentos de processamento, facilidade de dispersão e efeitos na cristalização
47
de alguns polímeros. (RABELLO, 2000, p. 149)
Com relação a cristalização, os pigmentos podem atuar como
agentes de nucleação, acelerando a solidificação de polímeros semicristalinos, mas
se o aumento na cristalinidade for muito significativo poderá resultar em um polímero
com baixa resistência ao impacto. (RABELLO, 2000, p. 149)
48
6. 0 MASTERBATCHES
Existem diversas técnicas de coloração de resinas termoplásticas
para a obtenção de peças coloridas, desde a obtenção da resina colorida no reator,
o tingimento da resina virgem, passando-a pela extrusora homogeneizada com
masterbatches ou concentrados em pó, obtendo-se por estes dois métodos produtos
com uma melhor homogeneidade da cor.
Ou ainda adicionando diretamente na extrusora/injetora ou outro
processo para a obtenção do produto final, sendo que os masterbatches granulados
se destacam, pois oferecem muitas vantagens aos transformadores que o utilizam.
Apesar da simplicidade de utilização, os concentrados para serem
formulados, devem ser rigorosamente analisadas as restrições de processo e
aplicação bem como as características dos colorantes, sendo que estas
especificações de projeto delineará a gama de colorantes que poderá ser utilizado
na confecção da formulação.
Segundo SENAI MARIO AMATO (2003a, p. 21) recomenda-se que
uma formulação não ultrapasse em sua constituição, cinco colorantes diferentes,
pois como já vimos estes pigmentos funcionam como filtros e neste processo surge
o preto. Assim, quanto mais tipos de pigmentos, mais suja será a cor obtida,
lembrando que todos devem ser compatíveis com a resina a colorir, e obedeçam as
restrições de processo e utilização final do produto.
Segundo a CROMEX (2005, p. 09), os concentrados ou
masterbatches são produtos da incorporação de altas quantidades de colorantes
e/ou aditivos em veículo combatível com o polímero de aplicação, destinados a
49
colorir e/ou aditivar as resinas termoplásticas em geral.
Os concentrados podem aparecer nas formas, apresentadas na
Figura 17.
Figura 17 – Tipos de concentrados
Fonte: Senai Mario Amato (2003a, p. 22)
Os concentrados granulados são obtidos através da incorporação
dos colorantes ou aditivos em uma resina termoplástica, denominada veículo, que
deve ser compatível com a resina de aplicação. Esta incorporação é realizada em
máquinas próprias para a função como Banbures (Figura 18), Drays (Figura 19), ou
Henschel’s.
Figura 18 – Máquina industrial Banbury
Fonte: Divermaq (2009)
50
Figura 19 – Máquina de laboratório - Drays
Fonte: Mh (2009) Estas máquinas promovem a dispersabilidade da alta concentração
de colorantes e cargas minerais, que também são utilizadas com fins de
proporcionar estabilidade dimensional da peça ou reduzir o custo das formulações,
esta concentração pode chegar até a oitenta por cento quando se tem uma
extrusora para o processamento dos masterbatches com corte na cabeça. Que
permitem alto nível de incorporação com boa dispersão, como os inorgânicos que
atingem níveis de até 80%, enquanto alguns concentrados de pigmentos orgânicos
e/ou corantes atingem níveis máximos de apenas 30%. (SENAI MARIO AMATO,
2003a, p. 27)
A concentração dos colorantes e aditivos depende de alguns fatores
como as características do padrão desejado. Por exemplo, espessura, um filme e
uma peça com mesmo percentual de aplicação de um concentrado parecerá ser
cores diferentes. Resina de aplicação, mais opaca (cristalina) ou mais transparente
(amorfo), se pretende ou não manter esta transparência ou deseja uma cor mais
51
pastel ou mais viva na resina cristalina.
As principais características dos concentrados são:
Aplicáveis de dois a cinco por cento, ou partes por cem de resina
(PCR);
- Fácil dosagem e manuseio;
- Excelente dispersão de colorantes;
- Uniformidade de cor;
- Elevado poder de tingimento, proporcionando maior rendimento;
- Permite a troca de cores de forma rápida e econômica;
- Proporciona a redução dos estoques de matéria prima;
- Baixo custo por quilo de material tingido;
- Não interfere nas propriedades do produto final;
- Instalações limpas.
Os concentrados em pó ou Dry-blends, são obtidos via dispersão
dos colorantes e/ou aditivos em veiculo não polimérico na forma de pó. Possuem a
propriedade de aderir uniformemente ao polímero de aplicação, proporcionando uma
melhor homogeneização se os colorantes estiverem bem dispersos, caso contrário
poderá ocorrer a presença de pintas no produto. Podem ser obtidos também por
micronização dos concentrados granulados. (CROMEX, 2005, p. 10) Suas principais
características são:
- Aplicação normalmente inferior a 2% ou PCR;
- Indicado para aplicação em resina micronizada (pó);
52
- Permite a agregação de alto teor de colorantes, com uma aplicação
inferior a dos concentrados granulados, já que estes geralmente não possuem a
resina que enche a formulação;
- Boa homogeneização com a resina de aplicação;
- Menor dispersão de colorantes com relação aos concentrados
granulados;
- Máquinas e instalações impregnadas pelo pó.
Os concentrados universais, segundo a CROMEX (2005, p. 11) são
uma dispersão de colorantes e/ou aditivos em veiculo aglomerante, gerando um
produto de granulometria irregular. Suas características são:
- Aplicáveis de 1 a 5% ou PCR em peso;
- Não contaminante
- Compatível com várias resinas, embora a cor natural delas interfira
na cor do produto final;
- Possuem baixa viscosidade de fundido, o que pode levar a boa
homogeneização com alguns polímeros e regular com outros;
- O veiculo aglomerante pode interferir nas propriedades do produto
final
- Pode ocorrer a variação de tonalidade devido a granulometria ser
irregular.
53
6.1 Etapas do processo de dispersão
O processo de dispersão é realizado em algumas etapas que são:
- Desagregação: esta etapa é essencial, pois o pigmento não é
fornecido no tamanho de partícula adequado para o efetivo poder de recobrimento.
A desagregação é conseguida pelo contato da partícula com o equipamento de
mistura, a frio ou a quente, e pelo atrito partícula-partícula. (RABELLO, 2000, p.154)
- Molhamento: depende da tensão e energia superficiais do
colorante e da fluidez do material, além da área especifica e a geometria da
partícula. O molhamento melhora com o aumento da temperatura. (RABELLO, 2000,
p.154)
- Distribuição: a boa distribuição das partículas desagregadas e
molhadas é alcançada em altas temperaturas de processamento (baixa
viscosidade), tempos longos e fluxo turbulento. Os requisitos de produtividade tem
levado ao desenvolvimento de equipamentos com unidades eficientes de mistura
para evitar tempos longos. (RABELLO, 2000, p.154)
Estabilização: as forças de atração entre as partículas devem ser
superadas por energia externa fornecida durante a dispersão. As partículas menores
(alta área superficial) são termodinamicamente instáveis e exibem tendência de
reaglomeração. No material fundido, isso é mais difícil devido a alta viscosidade,
mas em plástisois, mistura de 50% de PVC com ±50% de plastificante, ou em
presença de solventes, a reaglomeração pode ocorrer e é extremamente
dependente da polaridade do líquido. Agentes superficiais aplicados podem reduzir
esta tendência. (RABELLO, 2000, p.154)
O grau de dispersão alcançado com uma determinada mistura
54
polímero-colorante depende dos seguintes fatores:
- Constituição química, tamanho de partícula e forma das partículas
do pigmento;
- Viscosidade do polímero fundido, que também depende da
temperatura de mistura;
- Presença de outros aditivos, especialmente auxiliares de
processamento;
- Interações específicas entre as moléculas do colorante e grupos
funcionais do polímero;
- Eficiência do equipamento de mistura e processamento.
A má dispersão dos colorantes pode trazer alguns transtornos como:
- Variações na intensidade e tonalidade da cor;
- Obstrução da tela de filtragem da extrusora;
- Instabilidade do balão na extrusão de filmes;
- Quebra dos monofilamentos e fitas durante a extrusão
- Fragilizações.
Os pontos de má dispersão dos colorantes atuam como agente
nucleante e concentradores de tensões, podendo gerar falhas e perdas das
propriedades mecânicas dos materiais, que dependendo da peça e aplicação pode
ser catastrófico, principalmente em processos onde não ocorre um cisalhamento
mais intenso, como na moldagem rotacional. (SENAI MARIO AMATO, 2003a, p. 17)
55
6.2 Processos de fabricação dos concentrados
A produção dos concentrados de cor, masterbatches, envolve
processos e equipamentos específicos, sendo necessário o controle da produção
para suprir as especificações. Segue abaixo os fluxogramas de produção dos
masterbatches granulados (Figura 20), em pó (Figura 21) e concentrados universais
Figura 22.
Figura 20 – Fluxograma de obtenção de concentrados granulados Fonte: Senai Mario Amato (2003a, p. 23)
56
Figura 21 – Fluxograma de obtenção de concentrados em pó (dry blend) Fonte: Senai Mario Amato (2003a, p. 24)
Figura 22 – Fluxograma de obtenção de concentrados universais Fonte: Senai Mario Amato (2003a, p. 24)
A homogeneização, segundo a CROMEX (2005, p. 21), é o grau de
facilidade de distribuição do concentrado sobre a resina de aplicação, durante o
processo de transformação. Dependendo basicamente de dois fatores, a
concentração dos colorantes/aditivos no masterbatche e o comportamento do fluxo
57
entre o concentrado e o polímero de aplicação.
A capacidade de homogeneização do equipamento envolve
configurações de rosca, tamanho do cilindro de plastificação e tempo de mistura no
cilindro. Ciclos muito rápidos pode não permitir uma boa dispersão do masterbatche
na resina, estas deficiências ou necessidades de produção requer para ser
contornadas, uma aplicação maior do concentrado, faz se então um máster menos
concentrado para ser aplicado em uma quantidade maior, facilitando a sua
homogeneização na resina.
A concentração deve permitir que os colorantes/aditivos dispersem
perfeitamente, obtendo assim o máximo do potencial dos colorantes, principalmente
para evitar a má dispersão e cuja aplicação esteja entre 2 a 5 %, masterbatches com
alto teor de concentração e aplicação inferior a 1% resultará um uma distribuição
espacial deficiente do concentrado na resina de aplicação, dificultando a
homogeneização.
O comportamento do fluxo varia de acordo com a viscosidade do
concentrado, para um bom desempenho do mesmo em termos de homogeneização,
a sua viscosidade deve ser um pouco inferior a da resina, dessa forma durante a
plastificação da mistura na rosca, o concentrado fundirá primeiro, homogeneizando-
se rapidamente no polímero de aplicação. Se o concentrado for mais viscoso, alguns
pontos podem conter maior concentração que outros, além de riscos e manchas
causadas pelo masterbatche. (SENAI MARIO AMATO, 2003a, p. 27)
58
7. CONTROLE DE QUALIDADE EM MASTERBATCHES
Como visto, o controle de qualidade dos masterbatches é primordial
para o bom desempenho do produto, seja ele para aplicação técnica, onde a peça
não pode falhar resistindo aos esforços solicitados ou a função de marketing,
melhorando a aparência do produto, tornando-o mais apresentável, agradando e
conquistando os clientes.
O ponto mais crítico está relacionado à má dispersão dos colorantes
e a degradação térmica dos mesmos, o que pode interferir nas propriedades
mecânicas do material, constituindo potencialmente uma falha técnica. (SENAI
MARIO AMATO, 2003a)
Já a variação de tonalidade, que não deixa de ser importante,
implicará, principalmente se as aplicações forem em subconjuntos formados por
várias peças diferentes, em reclamações dos clientes, que pode trazer a insatisfação
do cliente perante o fornecedor impelindo-o para a busca de novos fornecedores, e
também o prejuízo de retrabalhar o concentrado e restituir o cliente de eventuais
perdas como:
- Misturas já homogeneizadas de resina e concentrado;
- Horas homem/máquina de trabalho;
- Multas contratuais por paradas de linhas de produção, etc.
A linha de produção dos masterbatches, deve ser dotada de
equipamentos que possibilitem a obtenção do máximo aproveitamento dos
colorantes e uma granulometria padronizada, além de funcionários bem treinados
para a identificação e resolução de eventuais problemas no processo.
59
Segundo a CROMEX (2005, p. 27) a granulometria refere-se a
uniformidade, regularidade e ao tamanho dos grãos.
Sua uniformidade e regularidade são características desejáveis, pois influenciam diretamente na homogeneização e são indispensáveis para uma dosagem constante. A granulometria deve ser mais próxima possível (com relação à dimensão) da granulometria do polímero de aplicação. Os grânulos muito grandes são indesejáveis para uma homogeneização, enquanto que os pequenos não são aconselháveis, devido á possibilidade de sedimentação no funil do equipamento. (SENAI MARIO AMATO, 2003a, p. 18)
Os técnicos do laboratório de controle da qualidade devem também
ser capazes de identificar os problemas e corrigi-los, contando para esta
identificação e verificação da qualidade com equipamentos de análise, como por
exemplo, máquinas de laboratório que simulam o processo do cliente como:
- Máquinas injetoras (Figura 23), é um equipamento utilizado para
fabricação descontínua de produtos moldados, pela injeção de material plastificado
no molde, que contém uma ou mais cavidades, em que o produto é formado. O
material é armazenado em um funil e este é transferido por uma rosca para dentro
de um cilindro aquecido com resistências elétricas, a temperatura das resistências
juntamente com o atrito do polímero com o metal, funde a massa, sendo esta
homogeneizada e transferida pela rosca para o interior da(s) cavidade(s) do molde,
onde recebe o formato da peça desejada, após o resfriamento o molde é aberto e a
peça já acabada é extraída, sendo esta a grande vantagem deste processo. (SENAI
MARIO AMATO, 2003c, p. 7)
60
Figura 23 – Máquina injetora
Fonte: Senai Mario Amato (2003c, p. 7)
- Máquinas sopradoras, são capazes de produzir artigos ocos
fechados inteiros e de uma só vez, como por exemplo, frascos e potes para
cosméticos, garrafas de bebidas em geral, além de muitas outras aplicações que
vem sendo desenvolvidas. O processo de fusão do polímero neste processo é igual
ao do processo de injeção, porém difere sendo este processo contínuo, o material
fundido é extrusado no perfil/formato de uma mangueira denominada parizon, por
um cabeçote continuamente. (SENAI MARIO AMATO, 2003c)
O parizon é abraçado por um molde e depois cortado, então este se
desloca para outra posição onde um ou mais pinos de sopro, dependendo do
número de cavidades do molde, injeta o ar comprimido no interior do parizon,
forçando-o contra as paredes da cavidade e mantendo a pressão até o seu completo
resfriamento, o molde é então aberto e o frasco extraído, repetindo continuamente
este ciclo, conforme representado na Figura 24.
Figura 24 – Representação do processo de sopro
Fonte: Senai Mario Amato (2003c, p. 142)
61
- Máquinas extrusoras (Figura 25), assim como a sopradora, é um
processo contínuo, onde o material é transferido do funil para dentro do cilindro
sendo este fundido e forçado a passar por um cabeçote, daí provém o nome
extrusão, extrudar significa empurrar ou forçar a sair. Estas máquinas podem ser
monorosca, com uma rosca somente, ou corrotantes/dupla-roscas com duas roscas,
as quais promovem uma melhor homogeneização em relação a monorosca. Pelo
processo de extrusão podemos obter diversos tipos de perfis, filmes, chapas/lâminas
e filamentos, diferindo para estas aplicações apenas o formato e o sistema do
cabeçote juntamente com os seus periféricos. (SENAI MARIO AMATO, 2003c, p. 85)
Figura 25 – Máquina básica para os processos de extrusão
Fonte: Senai Mario Amato (2003c, p. 86)
Ainda temos alguns equipamentos analíticos como:
- Balanças, utilizadas para pesagem das misturas e aplicações;
- Plastômetros, utilizados na medição do índice de fluidez das resinas
e dos concentrados;
- Viscosímetros, utilizado para análise da viscosidade um polímero
diluído em um solvente.
- Mufla, para calcinação dos concentrados, que é um teste realizado
62
para saber o teor de carga de inorgânicos nos concentrados, onde utiliza-se de um
cadinho com peso conhecido e uma amostra (± 5g) do material em análise também
de peso conhecido, submete-se este cadinho com a amostra a temperatura de
700°C da mufla por 1 hora, após este tempo retira-se o cadinho e deposita ele
dentro de um desumidificador ou em local protegido para o seu resfriamento. O
resultado é obtido pesando-se o cadinho com a amostra calcinada, subtrai-se do
valor encontrado o peso do cadinho vazio e divide o restante pelo peso da amostra
colocada dentro do cadinho, tem-se então o resultado em porcentagem
multiplicando o valor encontrado por 100.
- Medidores de teor de umidade, normalmente utilizados quando os
processos não suportam a presença de água gerando alguns problemas
característicos relacionados com a umidade.
Estes equipamentos juntamente com outros constituem ferramentas
para análise e simulação de resultados, fechando o cerco no controle da qualidade
sobre as variáveis do processo de produção dos masterbatches.
Já para a análise da cor em si, os equipamentos utilizados são a
cabine de luz e o espectrofotômetro, além do profissional apto a identificar a
variação de tonalidade e corrigi-la se necessário. Este analista utiliza-se de sua
percepção sobre a cor e experiência com colorantes para avaliar como e o que
alterar na formulação para atingir o padrão de cor desejado.
7.1. Cabine de luz
A cabine de luz é um equipamento embora simples, de grande
utilidade para a avaliação de cores, é um equipamento básico dentro de laboratórios
63
onde se necessita avaliar as mesmas, é um método de análise visual onde o
colorista analisa a amostra e o padrão sob algumas lâmpadas, contando com sua
percepção.
Constituída por uma câmara pintada em uma cor neutra, cinza
Munsell entre N6 e N7, com brilho menor que 20 a 60°, contém normalmente de três
a quatro iluminantes, D 65, CWF, incandescente A e luz emissora de ultravioleta
(UV). (PLENICOR, 2009)
Vejamos a descrição de cada componente:
- A luz D 65 simula a luz do dia, é o iluminante mais utilizado e tem
uma distribuição espectral mais adequada para a visualização de cor, possui uma
temperatura de cor correlata de 6500 K ±200 k. (PLENICOR, 2009)
- A luz CWF representa a luz fluorescente, considerada luz fria, pois
apresenta temperatura de cor correlata acima de 4150 k ±200 k. (PLENICOR, 2009)
- A luz A é uma lâmpada incandescente, considerada uma luz
quente, com temperatura aproximada de 2800 k ±200 k. (PLENICOR, 2009)
- A lâmpada emissora de luz UV é utilizada para verificação da
presença de branqueadores ópticos ou pigmentos fluorescentes, onde sob esta luz
ficam com a aparência de estarem acesas.
A importância da cabine de luz é permitir a verificação da cor
independente do turno de trabalho, sob condições iguais, permitindo a simulação
dos diversos ambientes onde podem ser expostas as peças, bem como avaliar se a
cor não apresenta metameria.
Por se tratar de uma avaliação visual, realizada e interpretada pelo
observador, a cor pode apresentar variações devido a percepção psico-visual, fadiga
64
ou mudança de observador.
Meios mais sofisticados de análise vêm sendo desenvolvidos para
auxiliar o analista na tomada de decisões quanto à cor como, por exemplo, o
espectrofotômetro.
7.2 Espectrofotômetro
Tradicionalmente as cores são avaliadas visualmente, utilizando-se
a cabine de luz. Mas devido às exigências cada vez mais crescentes dos
consumidores, a utilização de instrumentos de medição da cor está ganhando
importância nas indústrias.
Principalmente para se evitar as deficiências no campo da
subjetividade natural do avaliador visual, a falta de rastreabilidade e a ausência de
definições claras quanto a tolerância, que pode ser supridas pela medição
instrumental da cor como uma ferramenta de auxilio à decisão. (DBD.PUC-RIO,
2009)
O espectrofotômetro é um equipamento encontrado em vários
tamanhos e formatos, desde equipamentos de bancada até os portáteis, que medem
a transmitância e refletância de uma superfície ou amostra em função do
comprimento de onda, podendo ser usado também para formulação de receitas
quando associado a um software próprio. A Figura 26 apresenta esquematicamente
o seu funcionamento.
Um feixe de luz policromática e difusa, inicialmente, ilumina a
amostra. Essa luz refletida passa pelo prisma, grade ou outro dispositivo apropriado,
e sofre uma difração, e os componentes monocromáticos chegam nos detectores
65
espectrais, cada um no lugar correspondente ao seu comprimento de onda (λ). Cada
um dos detectores manda um sinal correspondente à energia relativa recebida
naquele comprimento de onda (λ) e finalmente o fator de refletância, em
porcentagem, fica registrado. (DBD.PUC-RIO, 2009)
Figura 26 – Representação do funcionamento do espectrofotômetro Fonte: Dbd.puc-rio (2009)
A geometria de medição é a condição de iluminação/observação que
descreve o ângulo ou a maneira na qual o instrumento de medição da cor ilumina a
amostra e observa (recebe) a luz refletida resultante da iluminação.
As principais geometrias de medição utilizadas na indústria, de
acordo com o sistema de iluminação, apresentadas na Figura 27 e 29, são as
seguintes:
1) Sistema de Iluminação difusa com esfera de integração. Usa
uma esfera revestida internamente com material branco, tal como sulfato de bário,
para que a luz permaneça uniformemente difusa em todas as direções para iluminar
e visualizar a amostra.
Geometria d/0: a amostra é iluminada com luz difusa e o receptor
66
detecta a luz na direção normal (0°). (KONICA, 1998, p. 47)
Geometria 0/d: um instrumento com esta geometria ilumina a
amostra no ângulo da normal (0°) e coleta a luz refletida em todas as direções. A luz
refletida em ±5° do ângulo especular pode ser incluída ou excluído usando-se a
função SCE/SCI. (KONICA, 1998, p. 47)
Figura 27 – Geometrias de medição d/0 e 0/d, com componente especular incluída e excluida
Fonte: Konica (1998)
A luz quando incide sobre um objeto angularmente, reflete
aproximadamente com o mesmo ângulo de incidência, mas no sentido contrário,
como uma bola de tênis atirada ao chão, conforme demonstrado na Figura 28, esta
luz refletida é chamada de luz especular, no caso dos modos de leitura SCE e SCI e
está relacionado diretamente com este tipo de reflexão, que nada mais é do que o
brilho, incluindo-o ou excluindo-o da leitura.
67
Figura 28 – Representação da luz especular
Fonte: Konica (1998)
2) Sistema de Iluminação unidirecional. Esse método provê
iluminação de uma direção de 45°.
Geometria 45/0: fornece iluminação de 45° ±2° sobre a amostra com
relação a normal e recepção de 0° ±10° para medição do fator de refletância difusa,
comumente designado de 45/0.
Geometria 0/45: inverte-se as posições de iluminante e receptor com
relação a geometria 45/0.
Figura 29 – Geometria de medição 45/0 e 0/45
Fonte: Konica (1998)
Os dados recebidos da leitura são convertidos e representados
graficamente, onde os comprimentos de ondas são expressos percentualmente. Os
resultados obtidos também podem ser expressos numericamente, existem vários
68
métodos desenvolvidos para a representação das cores, normalmente o mas
utilizado é o espaço psicométrico desenvolvido pelo C.I.E, chamado de CIE L* a* b*.
As cores são representadas e descritas por:
- L, que é o eixo da luminosidade, quanto mais clara a amostra o L
será mais próximo de 100;
- Eixo a, neste eixo sendo o valor positivo significará que a cor está
mais avermelhada ou menos esverdeada, e negativo o inverso;
- Eixo b, já neste eixo, positivo significa que a amostra está mais
amarelada ou menos azulada, valores negativos lê-se o inverso;
Podemos melhor visualizar estes parâmetros na Figura 30.
Figura 30 – Plano geométrico das cores
Fonte: Dbd.puc-rio (2009)
As cores representadas neste plano, alternam subindo ou descendo
no eixo L de luminosidade (value). Angularmente indicando a tonalidade h° (Hue), e
C* que significa ou grau de saturação (chroma), uma cor mais ou menos viva.
Na Figura 31, podemos verificar esta variação angular quando se
muda a tonalidade, neste diagrama também pode ser observado que quanto mais
próximo da extremidade do círculo mais intensa e viva é a cor, a Figura 32
representa um sólido do espaço colorimétrico.
69
Figura 31 – Diagrama de cromaticidade
Fonte: Konica (1998)
Figura 32 – Sólido colorimétrico do espaço CIElab Fonte: Konica (1998)
O valor de C* inicia-se em 0 no centro e aumenta conforme se
distancia deste, o ângulo de tonalidade h inicia-se no eixo +a* sendo a posição da
cor vermelha, andando no sentido anti-horário, sendo 90° amarelo no +b*, 180°
70
verde em -a*, 270° azul em -b*.
O olho humano é capaz de identificar a diferença, porém não
quantificá-la. Com o espectrofotômetro isto se torna fácil, possibilitando o
estabelecimento de tolerâncias para os produtos, o processo de leitura se dá pela
comparação entre as amostras padrão e lote, realizando primeiramente a leitura do
padrão que servirá como referência para a definição da diferença, os valores
encontrados da amostra serão subtraídos dos valores padrão, podendo os
resultados ser positivos ou negativos.
Para um melhor entendimento tomemos um exemplo, uma amostra
padrão de valores L* = 43.31, a* = 47.63, b* = 14.12 e um lote com L* = 47.34, a* =
44.58 e b* = 15.16, os valores apresentados de diferença será:
∆L* = 4.03, luminosidade;
∆a* = -3.05, - verde + vermelho;
∆b* = 1.04, + amarelo – azul;
∆E* = 5.16, diferença total da cor;
∆C* = -2.59, saturação (viva ou suja);
∆H* = 1.92, ângulo de tonalidade.
O símbolo ∆ significa variação dos eixos.
Os resultados obtidos é uma relação da amostra com o padrão,
sendo ela mais ou menos alguma coisa com relação ao padrão, no exemplo acima,
a amostra está mais clara que o padrão, mais esverdeada ou menos avermelhada,
mais amarelada ou menos azulada.
71
A diferença total da amostra é expressa pelo ∆E*, que é obtido
através da equação 1:
Equação 1- Fórmula para cálculo da diferença total da cor
A diferença de tonalidade ∆C*, pode ser obtida pela equação 2:
∆ H* =S (∆ E*)2 - (∆ L*)2 - (∆ C*)2
Equação 2- Fórmula para cálculo da diferença da saturação
Conhecendo o cliente e sua tolerância se torna fácil controlar os seus
produtos, estabelecendo o critério de aceitação no próprio software de leitura,
emitindo assim o laudo de aprovação ou reprovando o lote, mas com base na leitura,
este auxiliará na decisão de quais ações tomar para a correção.
Sempre haverá variações devido a quantidade de componentes com
que são formulados os masterbatches, mas estas devem estar em níveis aceitáveis,
o ideal é trabalhar com uma tolerância nos eixos entre 0,5 e 1, principalmente para a
diferença total da cor ∆E*. Valores mais próximos de zero significam maior
conformidade com o padrão. Assim é importante conhecer o cliente para não
estreitar demais as tolerâncias, onerando o processo produtivo.
Vale também salientar, que cuidados especiais devem ser tomados
com a preparação da amostras para a leitura, como, por exemplo:
- Espessuras iguais de padrão e amostra;
- Homogeneidade da cor;
- Superfícies planas, e de texturas iguais, preferencialmente lisas;
72
- Isentas de riscos e sujeiras;
- Climatização da amostra, no mínimo 10 minutos no ambiente de
leitura.
O treinamento dos analistas quanto a forma de aplicação também é
importante para prevenir a reprodutividade da amostra; estas devem ser iguais
independente de quem as aplicou. Se não forem seguidos estes procedimentos,
incorrerá na obtenção de resultados incorretos, causando transtornos de acertos na
produção desnecessários ou envio de lotes, apesar de aprovados pelo
espectrofotômetro, fora de especificação. (DBD.PUC-RIO, 2009)
73
8. ESTUDO DE CASO: ANÁLISE DE LOTES APROVADOS VISUALMENTE VIA
ESPECTROFOTÔMETRO
Neste estudo será apresentada uma análise de um composto de
polietileno verde, onde os lotes foram aprovados visualmente pela empresa X, em
uma época onde ainda não possuía a tecnologia de leitura da cor. Agora os mesmos
lotes foram reavaliados via espectrofotômetro para efeito de comparação com o
método visual.
No laudo de leitura (Figura 33), pode-se ver que todas as amostras
aprovadas visualmente foram re-aprovadas pelo espectrofotômetro, comprovando a
eficácia do método visual. O importante é possuir uma equipe qualificada e apta a
identificar e corrigir se necessário uma cor, sendo esta liberada dentro dos padrões
de qualidade especificados.
Todas as amostras avaliadas apresentam uma diferença de cor total
∆E*, abaixo de 0,5 estando elas dentro de uma tolerância ótima, muito semelhante
ao padrão.
Um olho bem treinado consegue identificar a diferença entre as
amostras, mas não quantificá-la; o método de leitura veio auxiliá-los na tomada de
decisões, tornando-se uma ferramenta que proporciona agilidade no processo
quando a diferença é pequena, ou seja, quando surge a dúvida se está ou não
dentro da tolerância.
74
Figura 33 – Laudo de análise de via espectrofotômetro Fonte: Empresa X (2009)
75
9. CONSIDERAÇÕES FINAIS
A importância de se interar no assunto auxilia-nos a compreender e
interpretar com maior precisão os dados fornecidos pelo laudo de leitura, bem como
validar o processo visual, como um método de análise rápido e prático.
Por fim, este trabalho veio contribuir para divulgar a ciência das cores
e aplicação da tecnologia de leitura de cor em polímeros, através do
espectrofotômetro, sendo este utilizado juntamente com a cabine de luz como
ferramentas para o controle de qualidade dos concentrados de cor (masterbatches).
76
REFERÊNCIAS
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Edgard Blücher, 2006.
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aparência, São Paulo: Tecnocor serviços S/C Ltda.
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2004. 68p
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SENAI MARIO AMATO. Metrologia. São Paulo, 2003b. 155p.
SENAI MARIO AMATO. Tecnologia da transformação dos plásticos. São Paulo,
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VALCAPELLI. As cores e suas funções. São Paulo: Ed. Roka, 2001.
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